洋基队对红袜,皇马对巴萨,还是NRZ对PAM4_创新角_栏目_莫仕
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洋基队对红袜,皇马对巴萨,还是NRZ对PAM4

尽管我非常乐于写一些关于这些不同的竞争对手的故事,今天博客的重点仍将是 NRZ 对 PAM4。我们马上将展开话题,但是,为了开始讨论,我们将先为数字序列下一个定义。假设您要在电话上与某人交谈。在数字时代,您实际发出的并不是自己的语音,而是一种量化的版本。请看一下下面的图片:


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如您所见,您最初的语音已经转换为不同级别的信号(在我们的示例中,共有八个级别)。此外,每一级别都与一个独一无二的三位序列关联起来。其实现方式使得正常的人耳不可能分辨出其中的差异。您的声音现在可以由(很大)的一个位所构成的序列表达出来,其中每一组的三位都代表一个级别。您的电话将完成这一操作,发送出位序列。在另一侧,与您通话的人员将反向完成这一过程(或者,更好的说,由电话完成):接收位序列,重新生成您的语音信号。如要了解更多,请访问 http://www.molex.com/training/ee_signal/course.html


如果您要发送语音、视频或数据,那么这一量化过程都是相同的。现在可以设想一下,有很多人都要通话、观看视频并发送数据,而这些都在同一时间发生。您需要的是一个能够处理极大数量比特的系统。在 Molex,任何超过1Gbps(每秒钟发送超过十亿个位)的速度都可称为高速。我们当前正在开发的连接器将可处理25到40Gbps的速度。然而,这方面还存在着很多挑战,我们已经提出了很多具有创造性的解决方案。今天我们要讨论的是其中之一:PAM4。


发送这些比特的一种最明显的方式就是仅仅生成一种含有 0 和 1 这两个值的电压信号。这种方式称为不归零 (NRZ),然而实际上仍会归零(难道我们不喜欢工程师吗?)。然而,其中存在问题。理想情况下,在允许存在一个比特的时间段内,电压应从 0 转至 1,然后再返回。但是,实际的电路将生成远远超出理想状态的电压。请看一下下图。


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正如您所见,在穿过信道后,您的比特将衰减并失真,对下一个比特产生干扰。现在假设您要发送更多的比特(我们的客户总是希望发送更多的比特!)。要发送的比特数越多,上下折返的速度就越快,而干扰所影响到的比特数也会越来越多,这样系统几乎就不可能再分辨出检测到的是真的数字“1”还是从上一比特中留下的干扰。


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那么,应该怎么办呢?如果可以发送封包到一个单独符号中的两个比特,那会怎样呢?事实上,我们可以这样做。我们要做的不是仅仅发送和读取各个 0 和 1,现在要使用 0、1/3、2/3 和 1。0 对应于 00,3/1 对应于 01,2/3 对应于 11,而 1 则对应于 10。下图说明了这一过程是如何实现的。


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请注意,最初的序列中要发送的共有 22 个比特,而 PAM4 序列则只含有 11 个符号(0、1/3、2/3 和 1),而这两种情况下所含的信息是相同的。通过这个简单的方法,我们可在相同的速度下发送两倍数量的比特。这称为 4 层脉幅调制 (PAM4)。所以,我们的全部问题都可得以解决,对吗?如果要发送更多的比特,在一个符号中封包到一起即可,然后发送这一符号,是吗?其实并不一定如此……


PAM4 的局限具有两面性:第一个问题是,我们将符号的幅度减少为三分之一。那么,如果一个单独的比特在衰减前就已存在问题,那么现在问题就更严重了:我们现在不能再承受更多的衰减,因为我们已经付出了最初幅度中的 2/3,转向了 PAM4。 


第二个问题在于,当今使用的大多数系统都是以 NRZ 信号为基础的,这种信号非常简单,而且成本低廉。所以,实施将比特编码为符号然后再解码的电路将花费大量的金钱。最终,对于我们客户真正起到作用的性能指标就是每比特的成本,所以,付出越多,发送的比特越多,这并不总是一个非常具有吸引力的解决方案。


总之,在无路可走的情况下下,PAM4 可以作为一个解决方案:您不可能在信道上发送更多的比特,并且可以承受一定的额外衰减。这需要 NRZ 信号(大致)一半的带宽,因为可以发送两倍的比特,而信号的衰减则达到了三分之一。并且,这样的成本更高。因此,最佳的解决方案与具体发生的问题有关。在这方面没有良方。竞争一直将持续下去。

By Davi Correia

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